package algorithm.sort.nlogn;

import algorithm.sort.n2.HelperTest;
import algorithm.sort.n2.SelectionSort;

/**
 * @author: Oliver
 * @time: 2020/5/31/21:51
 * 快速排序 从小到大排序  每次进行选出来一个 v 使得v左边的元素都小于v，v右边的元素都大于v
 * 强调如何去分。
 */
public class QuickSort {
    public static void sort(Comparable[] arr) {
        int r = arr.length - 1;

        sort(arr, 0, r);
    }

    // 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r) {
        //递归到底的情况
        if (l >= r) {
            return;
        }
        //进行partition操作
        //对arr[l...r]部分进行partition操作
        int p = partition2(arr, l, r);
        //对除p以外其他节点进行sort操作
        sort(arr, l, p - 1);
        sort(arr, p + 1, r);

    }

    // 返回p, 使得arr[l...p-1] < arr[p] ; arr[p+1...r] > arr[p]
    private static int partition(Comparable[] arr, int l, int r) {
        //进行选举出来一个v，使得arr[l+1...j]<v<arr[j+1...i-1]
        //l指向当前数组第一个位置元素，j+1指向第一个比v大的元素也就是j最后一个比v小的元素，，i是当前与v比较的元素，我们默认选举第一个元素为v
        //也就是说数组通过j进行分割比v大还是比v小，如果比v大，i++,如果比v小，交换j位置元素和i位置元素，j++

        //在一个几乎有序的数组中，如果我们使用l位置元素进行当做v，这样树的高度就会退化成n，时间复杂度就会变成N^2.所以我们应该随机找一个数组中的元素
        //，这样一来，每次随机到最小值的概率为1/n，想要退化成N是小概率事件。

        int randomV = (int) (Math.random() * (r - l + 1) + l);
        SelectionSort.swap(arr, l, randomV);
        Comparable v = arr[l];
        //开始j区间为空。
        int j = l;  //[l+1,j] 为空  符合要求 [j+1,i)>v 为空 符合要求  i指向下一个与v做判断的元素
        //循环l+1,r区间元素，使得 arr[l+1...j]<arr[l]<[j+1...i)
        for (int i = l + 1; i <= r; i++) {
            if (arr[i].compareTo(v) < 0) {
                //维护j,使得j永远指向最后一个比v小的元素
                j++;
                SelectionSort.swap(arr, i, j);
            }
            //无论如何都需要进行i++
        }
        SelectionSort.swap(arr, l, j);
        return j;
    }


    // v>=arr[l,i-1]   v<=arr[j+1,r]  应对大量重复要素  双路快排
    private static int partition2(Comparable[] arr, int l, int r) {
        int randomV = (int) (Math.random() * (r - l + 1) + l);
        SelectionSort.swap(arr, l, randomV);
        Comparable v = arr[l];

        //定义 i j  分别为 i=l+1,j=r  分别指向下一个需要操作的元素  满足 arr[l+1,i-1]<=v  arr[j+1,r]>=v
        int i = l + 1, j = r;  // arr[l+1...i) <= v; arr(j...r] >= v
        while (true) {
            //当i 出现>=v   j<=v时进行交换
            //不能使用arr[i]>v 也就是下面判断中，arr[i]<=0 这样的话，i会把当前数组走完，也是n的复杂度。 返回的p会是当前数组-1，倒数第二个元素位置
            while (i <= r && arr[i].compareTo(v) < 0) i++;
            while (j >= l + 1 && arr[j].compareTo(v) > 0) j--;
            if (i > j)
                break;
            //这里为止 i,j 分别指向 i>=v j<=v
//            交换两个位置元素
            SelectionSort.swap(arr, i, j);
            i++;
            j--;
        }

        SelectionSort.swap(arr, l, j);
        return j;
    }

    // 测试 QuickSort
    public static void main(String[] args) {

        // Quick Sort也是一个O(nlogn)复杂度的算法
        // 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
        int N = 1000000;
        Integer[] arr = HelperTest.generateRandomArray(N, 0, 100000);
        sort(arr);
        HelperTest.printArray(arr);
        return;
    }
}
